通讯作者：郭志前，燕宸旭，华东理工大学
作者：Yining Tao, Chenxu Yan,* Yue Wu, Dan Li, Juan Li, Yuchen Xie, Yingsheng Cheng,Yisheng Xu, Kai Yang,* Wei-Hong Zhu, and Zhiqian Guo
活性氧（ROS）效率的体内治疗反馈是光动力治疗（PDT）的主要瓶颈。在此，新型基于PDT的纳米治疗药物精心构建Pa–Mn&CH-A@P，用于体内跟踪生物分布和原位PDT，创新地将磁共振成像（MRI）和化和光（CL）信号结合在一起。利用镧系元素配位化学和闪光纳米沉淀（FNP）技术的多功能性，光敏剂、MRI和CL试剂前所未有地集成在一种稳定均匀的纳米治疗剂中。具体而言，MRI信号以高空间分辨率提供了纳米治疗药物的详细剂量分布，CL信号以高灵敏度及时进行ROS产生的原位评估。这种双模MRI/CL纳米治疗仪在口腔肿瘤高保真度反馈方面取得了突破，克服了在空间和敏感度上固有的不可预测的障碍相关论文“Uniting Dual-Modal MRI/Chemiluminesc-ence Nanotheranostics: Spatially and Sensitively Self-Reporting Photodynamic Therapy in Oral Cancer”于2023年3月24号在线发表于杂志《AFM》(IF=19)上。
图1 将双模磁共振成像（MRI）/化学发光（CL）成像用于体内跟踪生物分布和原位自我报告光动力治疗（PDT）。
制备均匀的双模MRI/CL纳米颗粒（命名为Pa-Mn&CH-A@P)通过闪光纳米沉淀（FNP）技术。在该FNP方法中，Pa–Mn&CH-A@PNP是通过在受限撞击射流中混合流1（含有Pa–Mn、CH–A和DSPE PEG-FA的THF溶液）和流2（水）获得的。由于体内被动和主动靶向的协同作用，Pa-Mn&CH-A@P纳米颗粒被输送到肿瘤部位。同时，MRI可以在空间上观察NP的体内生物分布。在MRI的引导下，通过光照射激活光敏剂（Pa–Mn）产生活性氧（ROS），从而实现PDT介导的肿瘤消融。具体而言，光敏诱导的ROS氧化CH–A的富电子C=C双键，形成1,2-二氧杂环丁烷，从而以高灵敏度激活CL信号，以便及时报告体内和原位ROS产生的剂量。总体而言，纳米治疗学Pa–Mn&CH–A@P成功地将MRI模式和CL结合起来。
图2 Pa–Mn&CH–A@P的形态、磁信号和光敏性.
Pa和Pa–Mn（10μm）在二甲基亚砜中的紫外-可见吸收光谱（图2a）。
通过扫描电子显微镜（SEM）获得的Pa–Mn的能量色散X射线光谱（EDS）和元素图谱图像（图2b，c）。这些结果证实了Mn2+离子被成功地螯合到Pa分子上。首先，紫外-可见光谱显示CH–A在330 nm附近的吸光度升高，Pa峰值在415 nm附近，表明Pa&CH–A@P纳米颗粒同时含有Pa和CH–A（图2d）。根据DLS测量（图2e），Pa@P，Pa–Mn@P，Pa&CH–A@P，以Pa-Mn&CH-A@P显示出≈85、95、110和130nm的单一尺寸。正如预期的那样，这些纳米颗粒的流体动力学直径依次变大，这进一步证实了Pa或Pa-Mn&CH-A@P被共同负载到纳米载体中。所有这些纳米颗粒在48小时内仅显示出细微的尺寸变化，表明它们具有良好的均匀性、稳定性和尺寸分布（图2f）。如图2g所示，Pa&CH-A@P和Pa Mn&CH-A@P的ζ电位值分别为−17.2和−31.0 mV，表明纳米颗粒具有显著的生物稳定性。上述实验结果证实，通过使用FNP技术，我们设计的Pa-Mn&CH-A@P具有均匀稳定的纳米结构。Mn2+是MRI中一种极好的T1缩短剂。[17] 为了评估Pa–Mn（Mn2+螯合的Pa）作为MRI造影剂的能力，我们扫描了Pa–Mn的T1加权MR图像Mn@P在不同的Pa–Mn浓度下。这些结果清楚地表明，T1加权MRI信号的浓度依赖性增强，浓度越高，峰值越亮（图2h）。在光照射下，两者的ABDA吸收峰Pa@P和Pa-Mn@P以相似的速度急剧下降，验证了Pa和Pa–Mn的有效ROS生成能力（图2i）。
图3 可激活的CL信号用于光敏诱导的ROS。
首先，在光照射下存在PS（Pa或Pa–Mn）&CH–A的情况下，来自Pa的明显明亮的CL信号检测到，验证了CH–A的ROS响应CL特性（图3a）。进一步评估了浓度和光照时间对CL信号强度的影响。随着浓度的增加，Pa&CH–A@P（在光照射下）持续增强，表明ROS响应性CL探针的浓度具有明显的依赖性（图3b）。Pa&CH-A@P的CL信号的强度持续增强，表明Pa&CH-A@P的CL信号反馈与照射时间有关（图3c）。此外，对上述测量结果的定量分析（图3d–f）进一步证实，高度敏感的CL活性信号可以原位诱导产生ROS。
图4 可激活的CL信号用于CAL27细胞的PDT
首先，我们验证了Pa-Mn&CH-A@P纳米探针及其对照探针，在黑暗条件下对细胞表现出可忽略不计的细胞毒性作用，表明它们具有良好的生物相容性（图4a）。用Pa@P和Pa–Mn@P在光照射下显示出梯度还原，具有浓度依赖性（图4b，c）。与Pa@P相比，Pa-Mn@P表现出更强的荧光信号，这与荧光发射光谱完全一致。为了检测Pa@PPa–Mn@P用2′，7′-二氯二氢荧光素二乙酸酯（DCFH-DA）作为可活化的指示剂，在辐照条件下显示荧光增强促进ROS产生（图4d）。如图4e所示，如具有强红色荧光的PI染色所示，用PS和光照射的大多数CAL27细胞都是死亡的，表明Pa-Mn&CH-A@P可以在光照射下有效地消融细胞。当用Pa-Mn&CH-A@P处理活细胞时，检测到明亮的CL信号反馈随后光照1分钟。相反，即使细胞暴露于光照，也几乎无法监测到仅用Pa或CH–A处理的细胞的CL信号（图4f，g）。
Pa–Mn&CH–A@P静脉内给药至CAL27异种移植物口腔肿瘤荷瘤小鼠中。从冠状和横向T1加权MRI图像中了解到（图5a），在注射纳米颗粒后6小时内，MR信号逐渐增强，表明T1加权MRI信号的时间依赖性增强。然后，MR信号从12–24小时逐渐衰减（图5a）。肿瘤区域的定量冠状和横向T1加权MRI信号强度进一步证实了Pa-Mn&CH-A@P显示出在体内生物分布的肿瘤特异性MRI跟踪方面的巨大潜力（图5b，c）。Pa和CH的CL增强45.28倍A@PPa–Mn和CH–CL增强13.49倍A@P（图5d，e）。这一结果强调了光敏诱导的ROS可以高灵敏度地激活CL信号。
本研究介绍了一种纳米治疗药物，对Pa-Mn&CH-A@P进行体内跟踪生物分布，并量化PDT在口腔肿瘤模型中的时空反馈。当选择性输送到肿瘤部位时，来自Pa-Mn&CH-A@P的冠状和横向T1加权MRI信号成功地观察了荷瘤小鼠的肿瘤积聚，并以高空间分辨率绘制了体内生物分布图。在MRI的引导下，进行光照射以激活PS以高效产生ROS，从而进行优异的PDT。同时，光敏化诱导ROS氧化CH-A激活CL信号，对ti具有高灵敏度同时，光敏化诱导ROS氧化CH-A以高灵敏度激活CL信号，从而及时确认PDT反应的有效性和反馈。值得注意的是，我们的策略通过一种新的工程方法前所未有地桥接了MRI和CL成像，并在克服口腔癌症中固有的空间和敏感的自我报告PDT反应的不可预测性方面取得了突破。据信，这种吸引人的范式提供了一种新的可视化反馈策略，并拓宽了基于ROS的纳米治疗药物的体内应用，为预测治疗后立即的治疗结果铺平了新的道路。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202303240
